前言很多同学学多态只背结论虚函数实现多态父类指针指向子类对象调用子类虚函数但是不知道内存里面发生了什么。本文从内存布局、虚表、汇编指令、大小计算把虚函数表底层讲清楚。一、带虚函数的类对象内存布局class Base { public: virtual void Func1() { cout Func1() endl; } protected: int _b 1; char _ch x; };32 位环境下求sizeof(Base)内存构成_vfptr虚函数表指针虚表指针32 位占 4 字节放在对象内存最开头。普通成员变量int _b(4 字节)char _ch(1 字节)内存对齐补齐 3 字节。32 位下总大小4 4 1 3(对齐) 12答案选 D。重点只要类里面有 virtual 虚函数每个对象开头都会多一个虚表指针不是类共用一份指针是每个对象都存指针而虚函数表本身同类所有对象共享一张。什么是虚函数表 _vftable虚函数表本质函数指针数组数组里面存放本类所有虚函数的地址。_vfptr对象内指针指向这张函数指针数组。同类型多个对象_vfptr都指向同一个虚表节省内存。不同类父类、派生类拥有各自独立虚表。二、派生类虚表重写 (override) 发生了什么派生类先继承父类虚表指针如果派生类重写父类虚函数派生类虚表对应位置覆盖成自己重写后的函数地址没有重写的虚函数直接拷贝父类虚函数地址派生类自己新增虚函数追加到虚表数组后面。父类对象 和 子类对象 的虚表指针指向两张完全不同的虚函数表。图示Person 虚表[Person::BuyTicket, Person::Func2...]Student 重写 BuyTicket 之后Student 虚表[Student::BuyTicket, Person::Func2...]对应位置直接替换其他虚函数保留父类版本。三、多态运行编译 vs 运行看汇编最直观Person* ptr new Student; ptr-BuyTicket();✅满足多态条件虚重写 指针 / 引用运行时寻址汇编指令流程从ptr拿到对象地址从对象起始位置取出虚表指针_vfptr根据偏移去虚函数表数组里面拿对应虚函数地址call 这个函数地址真正调用哪个函数运行的时候才确定。指针本身类型不重要看指针指向的真实对象的虚表。❌不满足多态普通调用编译期直接定死地址Person p; p.BuyTicket();编译阶段直接把Person::BuyTicket的硬编码地址写死到 call 指令直接调用不走虚表。核心区别总结多态调用运行时去对象虚表里找函数地址普通成员调用编译期直接确定函数地址四、虚函数表存放在内存哪个区段C 标准没有规定虚表放在哪里由编译器实现决定。VS/MSVC虚函数表放在常量区 (.rdata 只读段)属于程序常量运行时不可修改。g同样放置只读数据段。 虚函数本身的函数本体存放在代码段.text虚表只存虚函数的指针地址。注意区分_vfptr每个对象里面的成员变量跟着对象走栈 / 堆看对象在哪创建虚表_vftable全局只读常量程序启动就存在。五、常见考点总结只要类有虚函数对象开头增加虚表指针虚表多个对象共享一张。派生类重写虚函数派生类虚表对应下标位置替换为自己函数地址。多态三要素缺一不可①父类函数 virtual 虚函数②派生类完成重写 override③使用父类指针 / 引用接收子类对象满足多态运行查表不满足编译期直接调用。虚表属于只读常量区虚表指针是对象成员随对象存储位置变化。六、易踩坑选择题回顾class Base { public: virtual void Func1() { cout Func1() endl; } protected: int _b 1; char _ch x; }; int main() { Base b; cout sizeof(b) endl; return 0; }32 位编译器运行结果12虚表指针 4 int4 char1 内存对齐填充 3 12。补充链接报错 LNK2019 和虚函数小提示截图出现 LNK2019 无法解析外部符号如果只写虚函数声明没有写函数实现就会报链接错误。virtual void func(int); //只有声明无定义 → LNK2019如果不想实现写成纯虚函数virtual void func(int) 0;
前言很多同学学多态只背结论虚函数实现多态父类指针指向子类对象调用子类虚函数但是不知道内存里面发生了什么。本文从内存布局、虚表、汇编指令、大小计算把虚函数表底层讲清楚。一、带虚函数的类对象内存布局class Base { public: virtual void Func1() { cout Func1() endl; } protected: int _b 1; char _ch x; };32 位环境下求sizeof(Base)内存构成_vfptr虚函数表指针虚表指针32 位占 4 字节放在对象内存最开头。普通成员变量int _b(4 字节)char _ch(1 字节)内存对齐补齐 3 字节。32 位下总大小4 4 1 3(对齐) 12答案选 D。重点只要类里面有 virtual 虚函数每个对象开头都会多一个虚表指针不是类共用一份指针是每个对象都存指针而虚函数表本身同类所有对象共享一张。什么是虚函数表 _vftable虚函数表本质函数指针数组数组里面存放本类所有虚函数的地址。_vfptr对象内指针指向这张函数指针数组。同类型多个对象_vfptr都指向同一个虚表节省内存。不同类父类、派生类拥有各自独立虚表。二、派生类虚表重写 (override) 发生了什么派生类先继承父类虚表指针如果派生类重写父类虚函数派生类虚表对应位置覆盖成自己重写后的函数地址没有重写的虚函数直接拷贝父类虚函数地址派生类自己新增虚函数追加到虚表数组后面。父类对象 和 子类对象 的虚表指针指向两张完全不同的虚函数表。图示Person 虚表[Person::BuyTicket, Person::Func2...]Student 重写 BuyTicket 之后Student 虚表[Student::BuyTicket, Person::Func2...]对应位置直接替换其他虚函数保留父类版本。三、多态运行编译 vs 运行看汇编最直观Person* ptr new Student; ptr-BuyTicket();✅满足多态条件虚重写 指针 / 引用运行时寻址汇编指令流程从ptr拿到对象地址从对象起始位置取出虚表指针_vfptr根据偏移去虚函数表数组里面拿对应虚函数地址call 这个函数地址真正调用哪个函数运行的时候才确定。指针本身类型不重要看指针指向的真实对象的虚表。❌不满足多态普通调用编译期直接定死地址Person p; p.BuyTicket();编译阶段直接把Person::BuyTicket的硬编码地址写死到 call 指令直接调用不走虚表。核心区别总结多态调用运行时去对象虚表里找函数地址普通成员调用编译期直接确定函数地址四、虚函数表存放在内存哪个区段C 标准没有规定虚表放在哪里由编译器实现决定。VS/MSVC虚函数表放在常量区 (.rdata 只读段)属于程序常量运行时不可修改。g同样放置只读数据段。 虚函数本身的函数本体存放在代码段.text虚表只存虚函数的指针地址。注意区分_vfptr每个对象里面的成员变量跟着对象走栈 / 堆看对象在哪创建虚表_vftable全局只读常量程序启动就存在。五、常见考点总结只要类有虚函数对象开头增加虚表指针虚表多个对象共享一张。派生类重写虚函数派生类虚表对应下标位置替换为自己函数地址。多态三要素缺一不可①父类函数 virtual 虚函数②派生类完成重写 override③使用父类指针 / 引用接收子类对象满足多态运行查表不满足编译期直接调用。虚表属于只读常量区虚表指针是对象成员随对象存储位置变化。六、易踩坑选择题回顾class Base { public: virtual void Func1() { cout Func1() endl; } protected: int _b 1; char _ch x; }; int main() { Base b; cout sizeof(b) endl; return 0; }32 位编译器运行结果12虚表指针 4 int4 char1 内存对齐填充 3 12。补充链接报错 LNK2019 和虚函数小提示截图出现 LNK2019 无法解析外部符号如果只写虚函数声明没有写函数实现就会报链接错误。virtual void func(int); //只有声明无定义 → LNK2019如果不想实现写成纯虚函数virtual void func(int) 0;
